考虑接头影响的综合管廊地震响应分析

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综合管廊作为一种用于收纳城市各类管线的特殊浅埋地下结构,近年来,已经大量的运用于我国各个城市的建设当中,其优点在于有效地利用了地下空间,避免了路面反复开挖。与此同时,根据管廊的震害资料显示,综合管廊的接头是震害比较严重的部位,然而目前关于综合管廊抗震方面的研究,鲜有针对考虑接头的综合管廊的地震响应研究。因此本文在现有研究的基础上,通过有限元软件ABAQUS对实际工程中应用较多的两类接头即承插式接头以及螺栓连接式接头分别建立考虑接头的综合管廊有限元模型,并进行影响因素的分析。主要内容如下:(1)基于ABAQUS有限元软件,建立了土-结构有限元模型,确定了数值建模基本理论及参数选择,包括模型尺寸、本构参数(包括土体本构、结构本构和螺栓本构)、单元选择、土-结构相互作用的设置、人工边界条件及地震动输入等。(2)对承插式接头综合管廊进行了地震响应分析,考察了双向地震动、不同地震动以及管廊埋深三种因素对综合管廊地震响应的影响,同时对结构顶底板的相对水平位移、应力响应以及接头处截面的应力响应进行了分析。结果表明:横向地震动对管廊的地震响应大于竖向地震动,而双向地震动对管廊的地震响应远大于单向地震动,说明双向地震动作用下管廊的动力响应更大,更易发生变形;在本文研究的2~3m的管廊埋深范围里,管廊的位移响应、结构的应力响应以及接头的应力响应均会随着埋深的增加而增大。(3)对螺栓连接式接头综合管廊进行了地震响应分析,考察了螺栓预应力、螺栓位置两种因素对综合管廊地震响应的影响,同时从应力发展、变形特征、位移响应三方面,对螺栓连接式接头综合管廊的力学性能进行系统的分析。最后分别从受力性能、变形性能、纵向抗弯刚度有效率三方面比较了承插式和螺栓连接式接头综合管廊的地震响应差异。结果表明:螺栓的存在在一定程度上减小了管廊结构顶底板的相对水平位移,说明螺栓可以加强管节之间的连接,但螺栓数量越多,管廊相应位置处应力集中现象就越明显;受力差异方面,由于纵向螺栓承担了大部分的拉应力,混凝土承担压应力,使得螺栓的受拉性能以及混凝土的受压性能得以充分发挥;变形差异方面,两类综合管廊顶底板都会产生相对位移,但螺栓在一定程度上限制了管廊的变形,使得管廊整体抗震性能以及管节之间的连接性得到了一定程度的加强;纵向抗弯刚度有效率差异方面,螺栓连接式接头综合管廊的纵向跨中挠度小于承插式接头综合管廊,且螺栓连接式接头综合管廊纵向抗弯刚度有效率在螺栓达到屈服强度之前能维持在一个较高水平。
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